1、前言
随着社会的进步、经济的发展，钢铁业获得了迅猛的发展。然而，钢铁业的竞争也变得越来越激烈。如何在竞争中立于不败之地，降低成本、减少污染就成为了钢铁业的首要问题。济钢燃气-蒸气联合循环发电就是在这种环境下出现的。燃气蒸气发电是利川高炉煤气、焦炉煤气作为能源发电的，不仅解决了污染问题，还增加了收益，从而降低了生产成本。
济南钢铁股份有限公司“燃气-蒸气联合循环发电工程”是济钢遵照国家产业政策，加快自身发展的又一大型节能环保工程，其主体包括两套由1台PG6561B-L型燃气轮发电机组（48 MW）匹配1台混合煤气压缩机、1台余热锅炉和l台蒸汽轮发电机组（l8MW）组成“1+1+1+1”建制的联合循环发电机组，ETS（危急遮断系统）是汽机能正常运转的关键。
2、ETS系统工作原理
燃气-蒸气联合循环发电是由高炉煤气、焦炉煤气经混合站净化、混合送至煤压机加压成高温、高压的气体送至燃机，在燃机燃烧室内与卒气混合燃烧。带动燃气轮机电压10 KV，经80MVA主变升至110 kV，再经GIS开关设备与110 KV济南电网并网。发电机总装机容量2x66MW，厂用电率25％，上网电量约100 MW，综合效率接近50％，经济效益显著。ETS是与TSI相配合监视汽轮机一些重要信号并保证汽轮机安全的系统。当进入ETS的参数超过极限值时，关闭汽轮机进汽阀门，紧急停机。图1 为燃气蒸汽联合循环发电的流程图。
3、系统硬件构成
3.1、系统网络组成
根据发电总设计要求，ETS系统采用100 MB光纤以太网（双网）体系结构，双网同时运行，无缝切换，各节点功能相对独立。主要完成汽机实时数据采集处理及故障报警处理，并根据标准值进行判断从而对汽机进行保护。
由十系统对汽机的正常运转起到重要作用，因此采用三取二表决进行逻辑确定，并对控制的PLC设备及网络进行可靠的冗余热备，使整个系统具有较高的安全可靠性，下位控制系统由4套PLC组成，分别是ETS系统PLC、SOE系统PLC和通信系统PLC，上位监控系统通过该网络联接至工程师站。
图1 燃气-蒸汽联合循环发电的流程图
1）操作员工作站 操作员工作站亦称运行上作站HMI，HMl主要完成各个工艺设备或工艺过程的数据显示、设备操作，故障信息监控、设备管理等进行工艺过程及设备状态的实刚数据采集、整理、然后传送到过程自动化级，完成各工艺过程及设备的故障报警、处理及显示。
2）工程师维护上作站 配备l台工程师维护工作站，供维护技术人员进行数据库、界面、报表等修改维护、以及网络监视维护等功能。同时工程师维护工作站也可作为培训工作站，进行操作流程的预演，以及时运行人员的培训仿真等。
3．2、系统PLC控制
系统全部采州美国GE公司CIMPLICITY PLC控制器，结合了PLC和DCS先进的软硬件的优点，CIMPLICITY PLC控制器具有丰富的过程控制系统设计、实施、编档、维护工具，可实现全过程一体化自动控制，建立经济的、企业级的系统集成。根据设计需要，ETS PLC系统采用S90-30控制器，SOE系统和PLC通信系统采用S90-30控制器。其中ETS PLC系统控制器采用冗余热备结构，通过GENIUS总线完成对现场输入输出设备的检测，该系统由现场控制站、操作员站、工程师站组成，含有3层网络结构（如图2所示）。最下面一层为总线结构，称为RIO总线，连接远程输入输出设备：第二层为控制总线，称为GENIUS总线，传输协议为GE公司专用协议，用于传送过程数据、信息互换及控制信号；第三层为以太网，称为Elhemet网络。传输协议为通用TCP/IP协议，用于工程师站及操作员站的系统管理功能互传及该系统与分厂级管理之间的数据通信等。
图2 ETS系统PLC网络分层图
4、软件系统构成
4.1、PLC程序开发软件
系统的PLC程序开发软件为CIMPLICITYME，该软件建立在Windows视窗下台下，采用CIMPLIClTYME组态软件开发，利用梯形图RLD编程语言，完成各种检测信号、GPS时钟对时等逻辑控制功能以及PLC之间数据通信功能。
4.2、HMI监控开发软件
传统意义上的SCADA方案是1台上位机单独完成与1台或几台PLC的信息变换，而本系统的HMI采用了GE公司的CIMPLlCITY Workbench开发系统，它的组成基于SCADA和C/S混合式结构。ETS系统分为两个操作站分别用于两组汽机，操作站主要完成与PLC之间的数据读写功能。系统由数据库服务器、Web服务器、运行上作站（操作员站）、维护工程师站、打印机及网络设备组成，操作系统采用西文Windows 2000，监控界面完成对公用系统的模拟量、开关量、脉冲量、温度量，保护信息等的数据采集、计算、判别、报警和保护，事件顺序记录（SOE），报表统汁，曲线分析，并根据需要向现场保护测控单元层发布命令实现对电气设备的控制和调节。该系统人机界面友善、方便、美观，数据库安全、精确、可靠，是实现发电厂电气运行、监控、管理自动化的理想系统。
5、系统通信
5.1、TCP/IPEthernet通信
采用光纤冗余以太网，服务器、工程师站、操作员站、可编程控制器及上位监控被分配唯一的lP地址，PLC控制系统的CPU通过本站的CMM以太网通信模板利用EGD广播方式经过Switch交换机在以太网上与其他PLC发送和接收信息。上位监控系统则通过以太网卡，经过Switch交换机在以太网上与工程师站和PLC系统发送和接收信息。
5.2、ModbusPlus通信
Modbus Plus足种对等通信网络，具有I/O数据通信、互锁，数据采集、程序上装，下装和在线调试与监控等功能。它的使用给解决现场控制站到中央控制站信号长距离传输问题带来了极大的方便，在本系统PLC配置中，通过专用PLC设备利用Modbus Plus通讯网络与燃机MARKV进行数据通信，实现了整个发电机组的全过程监控。
6、关键技术
从软件的可靠性、效率、易使用性出发，公用工程智能控制系统采用了许多新技术：
①上位监控系统采用当今流行的Server/Client结构，支持企业的三层C/S应用程序的开发。②优秀的数据访问技术，采用Microsoft SQL Server创建数据库及其前端应用程序。③OPC（OLE for Process Control）技术。通过使用OPC通信管理器与OPC Server连接，从RTDB获取数据。④现场设备在线诊断及报警技术。⑤授权访问控制技术。⑥GPS全球卫星定位控制技术。⑦SOE顺序事件记录控制技术。
6.1、GPS对时功能
对于发电系统，时间是一个非常严格的显示与控制参数，为了严格统一时间，采用了GPS（全球卫星定位系统）时钟同步装置，使得网络中所有的PLC及HMI时钟同步。用串行通信或分脉冲信号（IPPM）输出与单元等的时钟。
图3 GPS时钟同步实现机理图
图3为GPS时钟同步实现机理图，分为两种同步方式，对于HMI用C语言编程通过RS232串口将GPS的时钟信号采至1台上位机进行时钟同步，其他上位机的时钟则通过以太网同步于HMI-1，而PLC则利用脉冲开关量信号采至SOE事件记录PLC（PLC-1），在PLC-1内通过编写应用程序完成对脉冲开关量信号的读写功能，以实现PLC内的时钟同步，对于其他PLC通过以太网在PLC之间利用EGD（PLC数据通信）广播方式接受PLC-1的时钟信号来进行时钟同步。
6.2、事件报警记录控制
为了确保发电正常进行，需要对发电机组主体的设备的运行状况随时做准确记录，为此，系统采用了一套专用PLC来记录设各的运行状况，为生产维护工程师提供依据，为此开发了事件自动记录程序，控制流程框图见图4。
7、结束语
ETS控制系统完全能满足整个燃气-蒸气联合循环发电工程的要求，系统投运至今运行可靠，设备维护量大大减少，减少了故障点，提高了工作效率。且由于系统采用部分国内、国际先进技术，因此便于系统扩充升级。作为整个燃气-蒸气联合循环发电工程的一个重要组成部分，对电厂进行优化控制、设备管理，远行管理、定值管理，对减少损耗，保证电厂可靠、安全、稳定运行具有巨大的经济和社会意义。
图4 事件报警记录控制程序流程图
